NO337910B1 - Sandskjerm for bruk i et brønnhull, og metode for montering av en sandskjerm - Google Patents

Description

rvryssrcTeranse lii reiaiene søiuiauer

Denne søknaden påberoper seg understøttelse av amerikansk provisorisk patentsøknad med serienummer 60/495, 480, registrert 15.august2003, som er innlemmet heri for referanse.

Oppfinnelsens bruksområde

Utførelsene av den foreliggende oppfinnelse vedrører generelt brønnhulls-kompletteringer, og mer spesielt, en silrørsutførelse for sandkontroll.

Beskrivelse av den gjeldende oppfinnelsen

Hydrokarbonbrønner er typisk sett formet med et sentralt brønnhull som er støttet av et stålforingsrør. Foringsrøret forer brønnhullet i jorden, idet det ringformede området laget mellom foringsrøret og brønnhullet er fylt med sement for å støtte og forme borehullet enda mer. Mens noen brønner er produsert ved å ganske enkelt perforere foringsrøret til det sentrale brønnhullet og samle opp hydrokarbonene, kan brønner like gjerne omfatte deler som er åpne eller uforede. Fordi de er åpne, vandrer hydrokarboner i en tilgrensende formasjon inn i disse brønnhullene hvor de beveger seg langs et perforert rør eller sandskjerm som er forsynt med hull rørveggen og en type filtreringsmateriale for å forhindre sand og andre partikler fra å komme inn. Sandskjermen er festet til produksjonsrøret ved en øvre ende og hydrokarbonene beveger seg til overflaten av brønnen via røret.

Siden åpne brønnhull mangler støtte langs sine vegger og formasjonene har en tendens til å produsere sand og partikkelstoff i mengder som hemmer produksjon langs en sandskjerm, blir åpne brønnhull ofte behandlet med frakturering og pakking. Frakturering av et brønnhull eller en formasjon betyr at veggene til brønnhullet og formasjonen er utsatt for faste bestanddeler under høyt trykk og/eller væsker som er ment for å gjennomtrenge formasjonen og stimulere dens produksjon ved å øke og forstørre væskebanene mot brønnhullet. Pakking av et brønnhull refererer til en tungtflytende blanding omfattende bl.a. sand som er inji-sert inn i et ringformet område mellom sandskjermen og veggene av brønnhullet for å forsyne en gruspakning som støtter brønnhullet og tilveiebringer ytterligere filtrering til hydrokarbonene. Hull gjennom sandskjermen er dimensjonert for å holde på gruspakningen.

Siden sandskjermens funksjon inkluderer filtrering av partikler, kan disse partiklene bygge seg opp over tid og danne forbindelser ved sandskjermen som delvis tetter sandskjermen. Etter produksjon gjennom sandskjermen blir sandskjermen over tid tilstoppet og forhindrer eller reduserer strømmen av væsker for produksjon. Dette kan oppstå uavhengig av om brønnhullet inkluderer en gruspakning eller ikke. En tilbakestrømning av væske ved reversert trykkøkning forsynt gjennom produksjonsrøret gjenåpner den tilstoppede sandskjermen for å kunne gjenopprette strømmen gjennom sandskjermen. Ofte vil væskene brukt i tilbake-strømningen inkludere en syre som hjelper til med å løse opp og forskyve rester som er innfanget av sandskjermen. Tilbakestrømningsoperasjonen krever påføring av reverserte trykk som kan være omtrent tre tusen pund per kvadrattomme.

Under noen borehullskompletteringer eller hjelpeprosedyrer, vil det være nødvendig å stoppe produksjonsstrømmen med en væsketapmekanisme. Disse mekanismene kan inkludere mekaniske klaffer; imidlertid vil klaffer ofte være van-skelige å åpne eller lukke, hvilket krever kostbare og tidkrevende anstrengelser å rette opp. Alternativt kan en løsning som inneholder partikler i væske forsyne et kjemisk segl som påføres til sandskjermen for å tilstoppe hullene gjennom sandskjermen. Bruken av en andre løsning på et forhåndsbestemt tidspunkt fjerner det kjemiske seglet fra sandskjermen. Om normale prosedyrer for utløsning av det kjemiske seglet fra sandskjermen svikter, må en reversert trykkøkning påføres langs sandskjermen for å kunne stimulere det kjemiske seglet slik at den tilstoppede sandskjermen gjenåpnes.

I utgangspunktet bestod sandskjermene helt enkelt av et slisset rør; dette gir imidlertid lite kontroll når det gjelder størrelsen på partiklene som er siktet. En andre type sandskjerm inkluderer et perforert rør med et trådviklet silrør plassert på dets utside som er formet ved å vikle tråd rundt langsgående stenger, slik at avstanden mellom vindingen av tråd er valgt å være tilstrekkelig liten til å filtrere partikler. En variasjon av det trådviklede silrøret inkluderer forsyning av en pakning av dimensjonerte partikler mellom to trådviklede silrør. Dette pakkede silrøret øker trykket langs sandskjermen i forskjellige utførelser. Imidlertid er dette pakkede silrøret tungt, og det er vanskelig å forsyne og forsikre en jevn distribusjon av de dimensjonerte partiklene deri. En annen, nyere og forbedret type sandskjerm inkluderer premiumsilrør som består av lag med metallfiber eller metallpulver mellom plater med metallduk som vikles rundt et perforert rør. Derfor krever premiumsil-røret en langsgående sveiseskjøt for å kunne sikre og forsegle platene med materiale som vikles rundt det perforerte røret. Tykke premiumsilrør blir skjøre ved den langsgående sveiseskjøten på grunn av det varmepåvirkede området ved sveise-skjøtene på premiumsilrøret. Spesielt passende for tynne premiumsilrør, ettersom sveiseskjøter med svak motstand gir en mulighet for langsgående sveising. En dekkplate som har hull i sin vegg kan være nødvendig for å beskytte premium-silrørene.

Nåværende sandskjermer mangler evnen til å motstå de reverserte trykk-økningsprosedyrene. Under normale trykkvilkår gir det perforerte røret støtte for

premiumsilrøret siden trykk som har påvirkning på premiumsilrørene presser pre-miumsilrøret mot den ytre overflaten av det perforerte røret. Imidlertid presser det reverserte trykket premiumsilrøret utover og plasserer tangentialspenning på pre-miumsilrørene, hvilket derved forårsaker at premiumsilrørene svikter ved den langsgående sveiseskjøten som holder den viklet rundt produksjonsrøret. I tillegg vil den reverserte trykkøkningen med bruk av syre i overdrevne konsentrasjoner oppløse et fenolharpiksbelegg på de dimensjonerte partiklene innen pakkede sil-rør. Således kan reversert trykkøkning videre tilstoppe silrøret med oppløst fenol-harpiks, skade annet produksjonsverktøy og utstyr med det oppløste fenol-harpikset, eller ødelegge funksjonaliteten til det pakkede silrøret i seg selv.

US 6092604 A beskriver en skjermsammenstilling for sandkontroll og som har en offeranode. US 4018283 A beskriver en fremgangsmåte og et apparat for gruspakking av brønner. US 3958634 A beskriver en brønnskjerm med sveiset tråd på perforert foringsrør.

Det eksisterer et behov for en forbedret sandskjerm for bruk i et brønnhull som er sømløst og anvendelig for filtrering av forskjellige partikkelstørrelser og produksjonsrørdiametre.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en sandskjerm for bruk i et brønnhull, kjennetegnet ved at den omfatter:

en lengde med rør som har perforeringer derigjennom; og

et filtreringsledd anordnet rundt den ytre veggen av røret som dekker minst noen av perforeringene hvor filtreringsleddet omfatter en enkel tråd viklet rundt den ytre veggen for å danne en hovedsakelig sømløs rørform, idet den enkle tråden har minst en overlappende del.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører også en metode for montering av en sandskjerm, kjennetegnet ved at den omfatter: vikling av en enkel tråd inn på en hovedsakelig sømløs rørform for å forsyne et filtreringsledd, idet den enkle tråden har minst en overlappende del;

plassering av filtreringsleddet rundt en ytre vegg av et rør som har perforeringer derigjennom som derved dekker minst noen av perforeringene; og forsegler filtreringsleddet periferisk til røret ved hver ende av filtreringsleddet.

Ytterligere utførelsesformer av sandskjermen og metoden i henhold til oppfinnelsen fremgår av de uselvstendige patentkrav.

Det beskrives generelt en sandskjerm for bruk i en brønn som bruker et sømløst rørformet filterledd som dekker perforeringer i en lengde av perforert rør. Filterleddet inkluderer en monofilament- eller multifilamenttråd som er nøyaktig viklet for å kontrollere vinkelen og avstanden på tråden. Konfigurasjonen av et viklingsmønster og mengden av tråd viklet kontrollerer hullstørrelsen for filtrering av partikler, strømningskarakterstikk gjennom filterleddet og helhetlig styrke av filterleddet. Segl ved hver ende av filterleddet kan sikre og segle leddet periferisk på det perforerte røret.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

For å vise hvordan de ovenstående egenskapene for den aktuelle oppfinnelsen kan forstås i detalj, er en mer nøyaktig beskrivelse av oppfinnelsen, som er kort sammenfattet ovenfor, gitt under referanse til utførelsene, og noen av disse er illustrert i de vedlagte tegningene. Det skal imidlertid bemerkes at de vedlagte tegningene bare illustrerer typiske utførelser for denne oppfinnelsen, og bør derfor ikke anses som en begrensning av bruksområdet for den, da oppfinnelsen kan tilpasses andre og like effektive utførelser. Figur 1 er et seksjonsoverblikk av en sandskjerm plassert i et borehull. Figur 2 er et overblikk av et filterledd av sandskjermen i henhold til en ut-førelse av oppfinnelsen. Figur 3 er et overblikk av filterleddet med en første vikling av en tråd rundt en stamme. Figur 4 er et tverrsnittsoverblikk av sandskjermen som illustrerer et ikke-forskjøvet overlappende viklet mønster. Figur 5 er et tverrsnittsoverblikk av sandskjermen som illustrerer et for-skjøvet overlappende viklet mønster. Figur 6 er et seksjonsoverblikk av sandskjermen med forseglingsringer tilgrensende til ender av filterleddet. Figur 7 er et tverrsnittsoverblikk av sandskjermen som har en filtermembran deri. Figur 8 er et tverrsnittsoverblikk av sandskjermen som har en pakning deri.

DETALJERT BESKRIVELSE

Figur 1 illustrerer en utførelse av den gjeldende oppfinnelsen for bruk innen et brønnhulMOO. Brønnhullet 100 inkluderer et åpent borehull 102, en produksjons-rørstreng 104, og en sandskjerm 106 innen produksjonsrørstrengen 104. Sandskjermen 106 inkluderer et filterledd 108 som omgir det perforerte røret 110 som har hull 112 i sin vegg. Seglene 114 forsegler enden av filterleddet 108 periferisk til det perforerte røret 110 av sandskjermen 106. Sandskjermen 106 er vist plassert i brønnhullet 100 tilgrensende en produksjonsformasjon. Mens det ikke er illustrert i Figur 1 kan brønnhullet 100 videre inkludere en gruspakning mellom det åpne borehullet 102 og sandskjermen 106. Det åpne borehullet 102 kan ligge i hvilken som helst retning innen brønnhullet 100 slik som når det åpne borehullet

102 danner et lateralt brønnhull. For forlengede lengder kan sandskjermen 106 bli sammenføyd til et hvilket som helst antall sandskjermer ved hjelp av konvensjonell etterfylling av røret ved endene av det perforerte røret 110. Figur 2 viser filterleddet 108 av sandskjermen 106. Filterleddet 108 er et sømløst rør av en enkel monofilamenttråd 200 som er hovedsakelig flat og nøy-aktig viklet for å kontrollere vinkel og avstand på tråden 200. Tråden 200 kan ha en tverrprofil i en hvilken som helst form, slik som et bånd-, rund-, kile- eller hus-formet og kan være en enkel monofilamenttråd, en enkel multifilamenttråd, eller mer enn en monofilament eller multifilamenttråd. Om nødvendig kan to lengder av tråd være smeltesveist sammen for å forsyne tråden 200 for filterleddet 108. Tråden 200 kan være ethvert materiale som kan strekkes. Fortrinnsvis er filterleddet 108 viklet fra tråden 200 av et metall slik som enhver type 300 derivativt rustfritt stål, titan eller legering slik som kompositt 20. Avhengig av mengden av tråd 200 som er viklet, kan veggtykkelsen på filterleddet 108 variere fra 0,06 tom-mer opp til omtrent en tomme i tykkelse. Mens lengden av filterleddet 108 kan være enhver lengde er det foretrukket at det er minst fire fot og maksimalt åtte fot. Tråden 200 er viklet for å forsyne en passende indre diameter tilsvarende et perforert rør av enhver gitt ytre diameter. Sintring av filterleddet 108 fester tråden 200 på plass ved å diffusjonsklebe trådkontaktpunktene. Således forsikrer sintringen at hullgeometrien forsynt av den viklede tråden forblir statisk og øker styrkenivåene på filterleddet 108. Imidlertid kan filterleddet 108 brukes uten sintring. Figur 3 illustrerer en første vikling av tråden 200 langs lengden av stammen 400 idet filterleddet 108 dannes ved å vikle tråden 200 på stammen 400. I produk-sjonen av filterleddet 108 er stammen 400 plassert på en dreiebenk (ikke vist) og rotert idet tråden 200 er matet på stammen 400. Idet tråden 200 er viklet rundt stammen 400 blir beliggenheten av stammen 400 relativt til tråden transponert frem og tilbake ved å flytte stammen 400, flytting av tråden 200 som er matet, eller flytting av både stammen 400 og tråden 200 som mates. Stammen 400 inkluderer to enderinger 402 separert av langsgående ledd 404. Ved å ikke fjerne stammen 400 fra den viklede tråden 200 kan denne typen stamme 400 danne en integral del av filterleddet 108. Således plasseres filterleddet 108, inkludert stammen 400, rundt det perforerte røret 110 (vist i Figur 1). Sintring av filterleddet 108 oppstår på stammen 400. I tillegg forsyner enderingene 402 av stammen 400 en solid og jevn overflate for kopling av filterleddet 108 til det perforerte røret 110 med seglene 114.

I en utførelse er stammen 400 et perforert rør som tråden 200 vikles rundt for å danne filterleddet 108. På en slik måte kan tråden 200 vikles direkte rundt det perforerte røret 110 vist i Figur 1. Alternativt kan stammen 400 være ethvert rør-formet ledd demonterbart fra den viklede tråden 200 for å forsyne filterleddet 108 som vist i Figur 2. For eksempel; stammen 400 og filterleddet 108 kan være laget av forskjellige materialer slik at når det blir oppvarmet blir en ytre diameter av stammen 400 mindre enn en indre diameter av filterleddet 108, hvilket derved tillater fjerning av stammen 400. Andre anordninger som tillater selektiv reduksjon i den ytre diameteren av stammen 400 kan forsyne stammen som er demonterbar.

Filterleddet 108 kan vikles for å produsere en kurvet bane for finfiltrering, en rett bane for økt gjennomtrengelighet eller hvilken som helst plass innimellom. Den kurvede banen forsinker hastighetsstrømmen og øker trykk for å forhindre erosjon av formasjonen som er spesielt nyttig i brønner med høye produksjonsrater. For å kunne forsyne en rett bane er tråden 200 som er viklet slik at de overlappende delene er ikke-forskjøvet som skjematisk vist i Figur 4. De kurvede banene bruker forskjøvet overlappende vikling av tråden 200 som skjematisk illustrert i Figur 5. Det ikke-forskjøvede mønsteret har høyere gjennomtrengelighet enn det forskjøvede mønsteret.

Figur 6 illustrerer to mulige utførelser for seglene 114 vist i Figur 1. Seglene 114 kan være enhver kjent anordning som sikrer og periferisk forsegler filterleddet 108 til det perforerte røret 110 slik som en krympepasningsring som krymper på det perforerte røret 110 når det er oppvarmet, en gjenget ring, en plugg, et slag-lodd, kitt, en sintringsring eller en sveis. I tillegg er det ikke sikkert at seglene 114 er påkrevet i det hele tatt dersom filterleddet 108 er viklet direkte på det perforerte røret 110. Med henvisning til Figur 6 inkluderer en første endering 300 en konisk overflate for kiling mellom filterleddet 108 og det perforerte røret 110 som derved sikrer og forsegler periferisk. En justeringsskrue 306 sikrer den første enderingen 300 til det perforerte røret 110. En andre endering 301 sikret til det perforerte røret 110 med en sveis 304 og inkluderer en konisk overflate kilet mellom et annet filterledd 108 og det perforerte leddet 110 for å kunne sikre og forsegle periferisk.

Begge enderingene 300, 301 har en ring av et elastomerisk materiale 302 eller termoplastisk lag som forsikrer forsegling mellom filterleddet 108 og det perforerte røret 110.

Som vist i Figur 7 har en alternativ utførelse av sandskjermen 106 et filterledd 108 som inkluderer en filtermembran 804 slik som et premiumsilrør innen veggen av filterleddet 108. På denne måten er viklingen av tråden stoppet ved en forhåndsbestemt veggtykkelse 800 av filterleddet slik at premiumsilrøret kan vikles rundt filterleddet 108 før fullførelse av viklingen av tråden og dannelse av en ytre veggdel 802. Premiumsilrøret 804 sørger for filtreringen eller tilleggsfiltrering mens den viklede tråden 800, 802 sørger for styrke og beskyttelse for premiumsilrøret 804. Som vist i Figur 8 kan et filterledd 108 av sandskjermen 106 inkludere en pakning 904 av dimensjonerte partikler i et ringformet område definert ved en ytre side av en indre spole 900 og en innside av en ytre spole 902 av viklet tråd som beskrevet ovenfor. Både den indre eller ytre spolen av den viklede tråden kan erstattes med et slisset rør, et trådviklet silrør, et premiumsilrør eller en trådduk. En segl slik som en sveis ved hver ende av den indre og ytre spolen beholder de dimensjonerte partiklene i det ringformede område.

Montering av sandskjermen 106 inkluderer vikling av en tråd 200 på en hovedsakelig sømløs rørform av den ønskelige konfigurasjonen, lengden, diameteren og tykkelsen for å kunne forsyne et filterledd 108. Sintring av filterleddet 108 diffusjonsforbinder trådkontaktpunktene. Plassering av filterleddet 108 rundt en ytre vegg av det perforerte røret 110 dekker minst noen hull 112 gjennom det perforerte røret 110 med filterleddet. Ved å sette på segl 114 ved hver ende av filterleddet forsegles filterleddet periferisk 108 ved enden mot det perforerte røret 110 for å forsyne sandskjermen 106.

Siden filterleddet 108 mangler sveisledd, forsyner filterleddet en jevn og effektiv filtreringsoverflate rundt hele dets omkrets. I tillegg er tangentialstyrken av filterleddet 108 jevn for å kunne effektivt distribuere enhver tangentialspenning påført til filterleddet. Veggtykkelsen av filterleddet 108 kan økes for å gi ytterligere styrke til filterleddet.

Mens det foregående er rettet mot utførelser for den gjeldende oppfinnelsen kan andre og videre utførelser av denne oppfinnelsen planlegges uten å vike fra dets grunnleggende omfang og omfanget derav er bestemt ved patentkravene som følger:

Claims (14)

1. Sandskjerm (106) for bruk i et brønnhull,karakterisert vedat den omfatter: en lengde med rør som har perforeringer derigjennom; og et filtreringsledd (108) anordnet rundt den ytre veggen av røret som dekker minst noen av perforeringene hvor filtreringsleddet (108) omfatter en enkel tråd (200) viklet rundt den ytre veggen for å danne en hovedsakelig sømløs rørform, idet den enkle tråden (200) har minst en overlappende del.

2. Sandskjerm ifølge patentkrav 1, hvori de overlappende deler er forskjøvet.

3. Sandskjerm ifølge patentkrav 1, hvori de overlappende deler er betraktelig ikke-forskjøvet.

4. Sandskjerm ifølge patentkrav 1, 2 eller 3, hvori filtreringsleddet videre omfatter en stamme (400) som tråden er viklet rundt.

5. Sandskjerm ifølge patentkrav 4, hvori stammen har enderinger separert av langsgående ledd.

6. Sandskjerm ifølge et av de foregående patentkrav, hvori tråden er en multifilamenttråd.

7. Sandskjerm ifølge et av de foregående patentkrav, som omfatter videre et segl (114) ved hver ende av filtreringsleddet.

8. Sandskjerm ifølge et av de foregående patentkrav, hvori filtreringsleddet er sintret.

9. Sandskjerm ifølge et av de foregående patentkrav, hvori filtreringsleddet videre omfatter dimensjonerte partikler pakket i et ringformet område mellom den hovedsakelig sømløse rørformen og et andre rørformet ledd som har hull derigjennom.

10. Sandskjerm ifølge patentkrav 9, hvori det andre rørformede leddet er viklet tråd.

11. Sandskjerm ifølge et av de foregående patentkrav, hvori den overlappende delen er viklet rundt en enkel diameter.

12. Metode for montering av en sandskjerm (106),karakterisert vedat den omfatter: vikling av en enkel tråd (200) inn på en hovedsakelig sømløs rørform for å forsyne et filtreringsledd (108), idet den enkle tråden (200) har minst en overlappende del; plassering av filtreringsleddet (108) rundt en ytre vegg av et rør som har perforeringer derigjennom som derved dekker minst noen av perforeringene; og forsegler filtreringsleddet (108) periferisk til røret ved hver ende av filtreringsleddet.

13. Metode ifølge patentkrav 12, som omfatter videre sintring av filtreringsleddet som derved diffusjonsforbinder kontaktpunktene av tråden.

14. Metode ifølge patentkrav 12 eller 13, hvori viklingen av tråden forkaster de overlappende delene av tråden.